source: palm/trunk/SOURCE/inflow_turbulence.f90 @ 4313

Last change on this file since 4313 was 4301, checked in by oliver.maas, 19 months ago

Deleted parameter recycling_yshift. y-shift in case of non-cyclic boundary conditions and turbulent_inflow = .TRUE. is now steered by parameter y_shift, that is also used in case of cyclic boundary conditions.

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 12.3 KB
Line 
1!> @file inflow_turbulence.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2019 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: inflow_turbulence.f90 4301 2019-11-22 12:09:09Z suehring $
27! use y_shift instead of old parameter recycling_yshift
28!
29! 4297 2019-11-21 10:37:50Z oliver.maas
30! changed recycling_yshift so that the y-shift can be a multiple of PE
31! instead of y-shift of a half domain width
32!
33! 4183 2019-08-23 07:33:16Z oliver.maas
34! simplified steering of recycling of absolute values by initialization
35! parameter recycling_method_for_thermodynamic_quantities
36!
37! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
38! Corrected "Former revisions" section
39!
40! 4172 2019-08-20 11:55:33Z oliver.maas
41! added optional recycling of absolute values for pt and q
42!
43! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
44! Corrected "Former revisions" section
45!
46! Initial version (2008/03/07)
47!
48! Description:
49! ------------
50!> Imposing turbulence at the respective inflow using the turbulence
51!> recycling method of Kataoka and Mizuno (2002).
52!------------------------------------------------------------------------------!
53 SUBROUTINE inflow_turbulence
54 
55
56    USE arrays_3d,                                                             &
57        ONLY:  e, inflow_damping_factor, mean_inflow_profiles, pt, q, s, u, v, w
58       
59    USE control_parameters,                                                    &
60        ONLY:  humidity, passive_scalar, recycling_plane, y_shift,    &
61               recycling_method_for_thermodynamic_quantities
62       
63    USE cpulog,                                                                &
64        ONLY:  cpu_log, log_point
65       
66    USE indices,                                                               &
67        ONLY:  nbgp, nxl, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nzb, nzt
68       
69    USE kinds
70   
71    USE pegrid
72
73
74    IMPLICIT NONE
75   
76    INTEGER(iwp) ::  i        !< loop index
77    INTEGER(iwp) ::  j        !< loop index
78    INTEGER(iwp) ::  k        !< loop index
79    INTEGER(iwp) ::  l        !< loop index
80    INTEGER(iwp) ::  next     !< ID of receiving PE for y-shift
81    INTEGER(iwp) ::  ngp_ifd  !< number of grid points stored in avpr
82    INTEGER(iwp) ::  ngp_pr   !< number of grid points stored in inflow_dist
83    INTEGER(iwp) ::  prev     !< ID of sending PE for y-shift
84
85    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,7,nbgp)           ::                         &
86       avpr               !< stores averaged profiles at recycling plane
87    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,7,nbgp)           ::                         &
88       avpr_l             !< auxiliary variable to calculate avpr
89    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,7,nbgp) ::                         &
90       inflow_dist        !< turbulence signal of vars, added at inflow boundary
91    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,7,nbgp) ::                         &
92       local_inflow_dist  !< auxiliary variable for inflow_dist, used for y-shift
93   
94    CALL cpu_log( log_point(40), 'inflow_turbulence', 'start' )
95   
96!
97!-- Carry out spanwise averaging in the recycling plane
98    avpr_l = 0.0_wp
99    ngp_pr = ( nzt - nzb + 2 ) * 7 * nbgp
100    ngp_ifd = ngp_pr * ( nyn - nys + 1 + 2 * nbgp )
101
102!
103!-- First, local averaging within the recycling domain
104    i = recycling_plane
105
106#if defined( __parallel )
107    IF ( myidx == id_recycling )  THEN
108       
109       DO  l = 1, nbgp
110          DO  j = nys, nyn
111             DO  k = nzb, nzt + 1
112
113                avpr_l(k,1,l) = avpr_l(k,1,l) + u(k,j,i)
114                avpr_l(k,2,l) = avpr_l(k,2,l) + v(k,j,i)
115                avpr_l(k,3,l) = avpr_l(k,3,l) + w(k,j,i)
116                avpr_l(k,4,l) = avpr_l(k,4,l) + pt(k,j,i)
117                avpr_l(k,5,l) = avpr_l(k,5,l) + e(k,j,i)
118                IF ( humidity )                                                &
119                   avpr_l(k,6,l) = avpr_l(k,6,l) + q(k,j,i)
120                IF ( passive_scalar )                                          &
121                   avpr_l(k,7,l) = avpr_l(k,7,l) + s(k,j,i)
122
123             ENDDO
124          ENDDO
125          i = i + 1
126       ENDDO
127
128    ENDIF
129!
130!-- Now, averaging over all PEs
131    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
132    CALL MPI_ALLREDUCE( avpr_l(nzb,1,1), avpr(nzb,1,1), ngp_pr, MPI_REAL,      &
133                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
134
135#else
136    DO  l = 1, nbgp
137       DO  j = nys, nyn
138          DO  k = nzb, nzt + 1
139
140             avpr_l(k,1,l) = avpr_l(k,1,l) + u(k,j,i)
141             avpr_l(k,2,l) = avpr_l(k,2,l) + v(k,j,i)
142             avpr_l(k,3,l) = avpr_l(k,3,l) + w(k,j,i)
143             avpr_l(k,4,l) = avpr_l(k,4,l) + pt(k,j,i)
144             avpr_l(k,5,l) = avpr_l(k,5,l) + e(k,j,i)
145             IF ( humidity )                                                   &
146                avpr_l(k,6,l) = avpr_l(k,6,l) + q(k,j,i)
147             IF ( passive_scalar )                                             &
148                avpr_l(k,7,l) = avpr_l(k,7,l) + s(k,j,i)
149
150          ENDDO
151       ENDDO
152       i = i + 1 
153    ENDDO
154   
155    avpr = avpr_l
156#endif
157
158    avpr = avpr / ( ny + 1 )
159!
160!-- Calculate the disturbances at the recycling plane
161!-- for recycling of absolute quantities, the disturbance is defined as the absolute value
162!-- (and not as the deviation from the mean profile)
163    i = recycling_plane
164
165#if defined( __parallel )
166    IF ( myidx == id_recycling )  THEN
167       DO  l = 1, nbgp
168          DO  j = nysg, nyng
169             DO  k = nzb, nzt + 1
170                inflow_dist(k,j,1,l) = u(k,j,i+1) - avpr(k,1,l)
171                inflow_dist(k,j,2,l) = v(k,j,i)   - avpr(k,2,l)
172                inflow_dist(k,j,3,l) = w(k,j,i)   - avpr(k,3,l)
173                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )     &
174                   == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
175                   inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i) - avpr(k,4,l)
176                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities ) &
177                   == 'absolute_value' )  THEN
178                   inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i)
179                ENDIF
180                inflow_dist(k,j,5,l) = e(k,j,i)   - avpr(k,5,l)
181                IF ( humidity ) THEN
182                   IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )  &
183                      == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
184                      inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i) - avpr(k,6,l)
185                   ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )  &
186                      == 'absolute_value' )  THEN
187                      inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i)
188                   ENDIF
189                ENDIF
190                IF ( passive_scalar )                                          &
191                   inflow_dist(k,j,7,l) = s(k,j,i) - avpr(k,7,l)
192            ENDDO
193          ENDDO
194          i = i + 1
195       ENDDO
196
197    ENDIF
198#else
199    DO  l = 1, nbgp
200       DO  j = nysg, nyng
201          DO  k = nzb, nzt+1
202             inflow_dist(k,j,1,l) = u(k,j,i+1) - avpr(k,1,l)
203             inflow_dist(k,j,2,l) = v(k,j,i)   - avpr(k,2,l)
204             inflow_dist(k,j,3,l) = w(k,j,i)   - avpr(k,3,l)
205             IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )        &
206                   == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
207                inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i) - avpr(k,4,l)
208             ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )    &
209                   == 'absolute_value' )  THEN
210                inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i)
211             ENDIF
212             inflow_dist(k,j,5,l) = e(k,j,i)   - avpr(k,5,l)
213             IF ( humidity )  THEN
214                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )     &
215                      == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
216                   inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i) - avpr(k,6,l)
217                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities ) &
218                      == 'absolute_value' )  THEN
219                   inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i)
220                ENDIF
221             ENDIF
222             IF ( passive_scalar )                                             &
223                inflow_dist(k,j,7,l) = s(k,j,i) - avpr(k,7,l)
224             
225          ENDDO
226       ENDDO
227       i = i + 1
228    ENDDO
229#endif
230
231!
232!-- For parallel runs, send the disturbances to the respective inflow PE
233#if defined( __parallel )
234    IF ( myidx == id_recycling  .AND.  myidx /= id_inflow )  THEN
235
236       CALL MPI_SEND( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,            &
237                      id_inflow, 1, comm1dx, ierr )
238
239    ELSEIF ( myidx /= id_recycling  .AND.  myidx == id_inflow )  THEN
240
241       inflow_dist = 0.0_wp
242       CALL MPI_RECV( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,            &
243                      id_recycling, 1, comm1dx, status, ierr )
244
245    ENDIF
246
247!
248!-- y-shift for inflow_dist
249!-- Shift inflow_dist in positive y direction by a number of
250!-- PEs equal to y_shift
251    IF ( ( y_shift /= 0 ) .AND. myidx == id_inflow ) THEN
252
253!
254!--    Calculate the ID of the PE which sends data to this PE (prev) and of the
255!--    PE which receives data from this PE (next).
256       prev = MODULO(myidy - y_shift , pdims(2))
257       next = MODULO(myidy + y_shift , pdims(2))
258       
259       local_inflow_dist = 0.0_wp
260
261       CALL MPI_SENDRECV( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,        &
262                          next, 1, local_inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd,   &
263                          MPI_REAL, prev, 1, comm1dy, status, ierr )
264
265       inflow_dist = local_inflow_dist
266
267    ENDIF
268
269#endif
270
271!
272!-- Add the disturbance at the inflow
273    IF ( nxl == 0 )  THEN
274
275       DO  j = nysg, nyng
276          DO  k = nzb, nzt + 1
277
278             u(k,j,-nbgp+1:0) = mean_inflow_profiles(k,1) +                    &
279                        inflow_dist(k,j,1,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
280             v(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2) +                    &
281                        inflow_dist(k,j,2,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
282             w(k,j,-nbgp:-1)  =                                                &
283                        inflow_dist(k,j,3,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
284             IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )        &
285                   == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
286                pt(k,j,-nbgp:-1) = mean_inflow_profiles(k,4) +                 &
287                inflow_dist(k,j,4,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
288             ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )    &
289                   == 'absolute_value' )  THEN
290                pt(k,j,-nbgp:-1) = inflow_dist(k,j,4,1:nbgp)
291             ENDIF
292             e(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5) +                    &
293                        inflow_dist(k,j,5,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
294             e(k,j,-nbgp:-1)  = MAX( e(k,j,-nbgp:-1), 0.0_wp )
295             IF ( humidity )  THEN
296                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )     &
297                      == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
298                   q(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6) +              & 
299                      inflow_dist(k,j,6,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
300                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities ) &
301                      == 'absolute_value' )  THEN
302                   q(k,j,-nbgp:-1)  = inflow_dist(k,j,6,1:nbgp)
303                ENDIF
304             ENDIF
305             IF ( passive_scalar )                                             &
306                s(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7) +                 &
307                        inflow_dist(k,j,7,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
308                       
309          ENDDO
310       ENDDO
311
312    ENDIF
313
314
315    CALL cpu_log( log_point(40), 'inflow_turbulence', 'stop' )
316
317
318 END SUBROUTINE inflow_turbulence
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.